Wasser

Dieser Artikel befasst sich mit dem "Stoff" Wasser. Andere Bedeutungen unter Wasser (Begriffsklärung)

Wasser ist eine chemische Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff, H₂O. Die Bezeichnung wird besonders für den flüssigen Zustand verwendet. Im festen (gefrorenen) Zustand wird es Eis genannt, im gasförmigen Zustand Dampf bzw. Wasserdampf.

Daten: (bei Luftdruck 1013 mbar)

Gefrierpunkt: 0° Celsius
Siedepunkt: 100° Celsius
höchste Dichte: 1g / cm³ bei 4° Celsius
geruch- und geschmacklos, trotzdem als Trinkwasser idealerweise wohlschmeckend
transparent und beinahe farblos, in dicken Schichten blaugrün
gutes Lösungsmittel für viele Stoffe (solche Stoffe werden als hydrophile bezeichnet)
Spez. Wärmekapazität (c-Wert): 4,18 KJ/(kg K) bei 20° Celsius

Besondere Eigenschaften:

Anomalie des Wassers: Im festen Aggregatzustand als Eis schwimmt es auf Wasser in flüssigem Zustand. Es gefriert und erstarrt von oben nach unten. Das ist bei den meisten anderen Stoffen umgekehrt. Wenn Wasser eine normale chemische Substanz wäre, würden alle Gewässer im Winter bis zum Boden zufrieren, auch wenn es in dieser Tiefe nicht friert, weil das an der Oberfläche entstehende Eis absinken würde. Dann würden alle Lebewesen des Gewässers sterben.

Aus der geringen Dichte des Eises folgen spezielle zwischenmolekulare Bindungen in Wasserstoffoxid, die so genannte Wasserstoffbindung. Sie ist in der festen Form, Eis, kaum von den Bindungen in den Molekülen zu unterscheiden. Diese Wasserstoffbindung ist richtungsabhängig. Normale zwischenmolekulare Bindungen sind nicht richtungsabhängig und fördern wegen der in alle Richtungen wirkenden Anziehungskraft die Tatsache, dass jedes Atom von so vielen anderen Atomen wie möglich umringt wird. In Eis aber werden wegen der Richtungsabhängigkeit der Wasserstoffbindung die Sauerstoffatome nur von vier Wasserstoffatomen und die Wasserstoffatome nur von zwei Sauerstoffatomen umringt. (Zwischenmolekulare Bindungen werden Van der Waals Bindungen genannt.)

Wasser hat im Vergleich mit anderen Stoffen eine relativ hohe spezifische Wärmekapazität (c-Wert). Es speichert also verhältnismäßig viel Wärmeenergie (bei Raumtemperatur etwa das doppelte von z.B. Öl) bzw. es benötigt, um erhitzt zu werden, vergleichsweise viel thermische Energie. Dadurch eignen sich Wasser bzw. Eis für [Wärmflasche|Wärmflaschen] bzw. Kühlboxen besser als andere chemische Stoffe. Aus dem gleichen Grund ist Wasser auch ein bevorzugtes Medium für den Wärmetransport, z.B. in Gebäudeheizungen und KFZ-Kühlanlagen.

Wasser hat einen relativ hohen Siedepunkt (das gleich schwere Methan siedet bei -164° Celsius). Wenn Wasser den erwarteten Gesetzmäßigkeiten entspräche, wäre es flüssig nicht vorhanden: es wäre verdampft.

Wassermoleküle binden einander stark an, was von der Polarität der Bindungen im Molekül herrührt (elektrisch positiv an der Seite des Wasserstoffatoms und elektrisch negativ an der Seite des Sauerstoffatoms) wie auch von der äußerst geringen Größe des polar gebundenen Wasserstoffatoms: sein einziges Elektron befindet sich in der Elektronenpaarbindung mit dem Sauerstoffatom, und dieses Elektronenpaar befindet sich dichter am Sauerstoffatom (daher ist die Bindung polar). Der Wasserstoffkern ragt daher etwas hervor. Er kann sich somit dicht an ein anderes Sauerstoffatom nähern und damit eine starke Bindung eingehen, die Wasserstoffbindung genannt wird.

Dipolmoment des Wassers: Das Dipol-Moment des Moleküls bedeutet, dass die eine Seite elektrisch positiv ist, die andere Seite negativ. Darum kann es von bestimmten elektromagnetischen Strahlen, den Mikrowellen, in stärkere Schwingungen versetzt werden, welche als Wärme wahrgenommen werden.

Das Dipolmoment liegt in der Polarität der Bindungen begründet. Aber das würde nicht genügen: Wenn das Molekül gradlinig wäre, würde sich der Schwerpunkt der beiden elektrisch positiven Ladungen der Wasserstoffatome in der Mitte auf das Sauerstoffatom bezogen befinden, und das Molekül würde trotz der polaren Bindungen kein Dipolmoment besitzen. Das Molekül ist aber winklig, was mit den beiden einsamen Elektronenpaaren auf dem Sauerstoffmolekül erklärt werden kann.

Bedeutung: Wasser ist für alle Lebensvorgänge wichtig. Das Leben ist nach dem heutigen Erkenntnisstand im Wasser entstanden. Wasser beeinflusst auch entscheidend unser Wetter und Klima, nicht nur direkt durch Niederschläge. Große Wärmemengen werden z.B. über den Golfstrom nach Europa oder über den Humboldtstrom entlang der Westküste Südamerikas transportiert. Große Teile der Erde sind vom Wasser bedeckt (Wasserhalbkugel). Die Versorgung der Weltbevölkerung mit hygienisch und toxikologisch unbedenklichem Wasser stellt eine der größten Herausforderungen der Menschheit in den nächsten Jahrzehnten dar.

Siehe auch: Geowissenschaften, Süßwasser, Umweltschutz, Weltwasserforum, EG-Wasserrahmenrichtlinie

Weblinks